Сравнительная оценка противоопухолевой активности метионин-γ-лиазы на 2D- и 3D- in vitro моделях опухолей человекака

Обоснование. Многообещающие результаты скрининга противоопухолевых препаратов на монослойных культурах зачастую плохо воспроизводятся на моделях in vivo. Использование для оценки противоопухолевой активности клинически релевантных трёхмерных in vitro моделей опухолей человека, таких как сфероиды, — более надёжная платформа для тестирования лекарств. Это особенно важно для препаратов, действие которых направлено на клеточный метаболизм. Цель. Сравнительное исследование противоопухолевой активности метионин-γ-лиазы (МГЛ) на 2D- и 3D-моделях опухолей человека. Материалы и методы. Для оценки цитотоксичности МГЛ использовали клеточную культуру фибробластов человека и опухолевые клеточные линии рака молочной железы человека MCF7, колоректального рака HCT-116, рака поджелудочной железы человека PANC-1, рака печени Huh7, рака предстательной железы человека LNCaP. Для фабрикации сфероидов применяли культуральные планшеты с низкоадгезивным покрытием. Оценку выживаемости клеток проводили с помощью резазуринового теста. Результаты. На модели сфероидов выживаемость клеток после 72-часовой обработки МГЛ выше, чем на модели монослойной культуры во всех протестированных клеточных культурах. Самой низкой чувствительностью к воздействию МГЛ обладали фибробласты как в 2D-, так и в 3D-модели культивирования: IC50=2,2 и 9,1 ME/мл соответственно. Самая высокая чувствительность к МГЛ на 2D- и 3D-модели выявлена у быстро пролиферирующих клеток PANC-1 и HCT-116: IC50=0,23 и 1,5 МЕ/мл; IC50=0,83 и 1,43 МЕ/мл соответственно. Заключение. Влияние МГЛ на выживаемость клеток в сфероидах менее выражено, чем в монослое. Выживаемость клеток в сфероидах под воздействием МГЛ не зависит от размера и скорости роста сфероидов. Несмотря на то, что максимальный цитотоксический эффект на сфероидах получен на быстро растущей модели рака толстой кишки HCT-116, а самый низкий — на модели медленно делящихся фибробластов, на других типах клеток эта зависимость не так очевидна. В целом модель сфероидов показала свою полезность для тестирования специфической активности ферментативных противоопухолевых препаратов, так как позволяет избежать гиперчувствительности, характерной для монослойных моделей рака.

BACKGROUND: Promising antitumor drug screening results obtained from monolayer cultures are often poorly reproduced in the in vivo models. Using clinically relevant 3D in vitro human tumor models, such as spheroids, provides a more reliable framework for evaluating antitumor activity. This is particularly important when the drug's mechanism of action targets cellular metabolism. AIM: To conduct a comparative study of the antitumor activity of methionine-γ-lyase (MGL) in 2D and 3D human tumor models. MATERIALS AND METHODS: Human fibroblast cell culture and tumor cell lines, e.g. MCF7 human breast cancer, HCT-116 colorectal cancer, PANC-1 human pancreatic cancer, Huh7 liver cancer, and LNCaP human prostate cancer were used to evaluate MGL cytotoxicity. Cultural plates with low-adhesive coating were used to produce the spheroids. Cell survival was assessed using the resazurin test. RESULTS: The spheroid model showed higher cell survival after 72-hour MGL exposure compared with the monolayer culture model in all tested cultures. Fibroblasts demonstrated the lowest sensitivity to MGL exposure in both 2D and 3D culture models, with IC50=2.2 and 9.1 IU/mL, respectively. The rapidly proliferating PANC-1 and HCT-116 cells showed the highest sensitivity to MGL in 2D and 3D models: IC50=0.23 and 1.5 IU/mL; IC50=0.83 and 1.43 IU/mL, respectively. CONCLUSION: The effect of MGL on cell survival in the spheroid systems is less pronounced than in monolayers. The viability of cells exposed to survival MGL in the spheroid culture system is independent of spheroid size or growth rate. Despite the maximum cytotoxic effect being observed in the fast-growing spheroid model of colon cancer HCT-116, and the lowest in the model of slowly dividing fibroblasts, this dependence was not so obvious for other cell types. Overall, the spheroid model has proven useful for testing the specific activity of enzyme-based antitumor drugs, as far as it overcomes the excessive intrinsic sensitivity observed in monolayer cancer models.